微生物对污染物转化废水处理中微生物.pptx

Ch7 数据库保护数据库保护 一、污染物类型、来源与降解一、污染物类型、来源与降解 类型类型 生物性污染物：病原微生物和非病原微生物以及生物性污染物：病原微生物和非病原微生物以及寄生虫污染。寄生虫污染。物理性污染物：噪声、电辐射和电离辐射污染。物理性污染物：噪声、电辐射和电离辐射污染。化学性污染物化学性污染物:种类繁多种类繁多(已使用已使用1010万多种），万多种），分布广，排放量大分布广，排放量大,对人类健康和生态造成了严重对人类健康和生态造成了严重威协。威协。1 微生物对有机物的分解微生物对有机物的分解Ch7 数据库保护数据库保护 化学污染物来源化学污染物来源 大气污染大气污染：自然界火山爆发、森林火灾等；自然界火山爆发、森林火灾等；人人 为为燃料燃烧；飞机、轮船、火车以及工厂烟囱等排放的燃料燃烧；飞机、轮船、火车以及工厂烟囱等排放的废气废气 等等 。大气污染物种类有大气污染物种类有 SO2、CO、H2S、CO2，还有烃、重金属等。还有烃、重金属等。水体污染水体污染：工业废水、生活污水排放；施过农药的工业废水、生活污水排放；施过农药的土壤冲刷和大气土壤冲刷和大气 降雪降雪 降雨等。降雨等。工业污水污染物种类工业污水污染物种类多，毒性多，毒性 大。如电镀厂、钢铁厂大。如电镀厂、钢铁厂 、油漆厂、树脂厂、油漆厂、树脂厂、玻璃厂、发电厂、药厂，玻璃厂、发电厂、药厂，化肥化肥 厂、皮革厂等厂、皮革厂等；污染污染物有重金属、酚等。物有重金属、酚等。土壤污染物土壤污染物：生活污水、垃圾、工业废水、化肥农药，：生活污水、垃圾、工业废水、化肥农药，汽车废气及微生物代谢有毒产物；有各种有机物、无汽车废气及微生物代谢有毒产物；有各种有机物、无机盐，重金属等。机盐，重金属等。Ch7 数据库保护数据库保护化学污染物降解类型化学污染物降解类型 可降解性物质可降解性物质：化学物质已使用化学物质已使用10万多种，大部分人工万多种，大部分人工 合成且与自合成且与自 然界存在的天然物质有着类似的结构，排放到环然界存在的天然物质有着类似的结构，排放到环 境境中较易被降解。中较易被降解。难降解性物质难降解性物质：一些人工合成的化学污染物有特殊的结一些人工合成的化学污染物有特殊的结 构，不被微生物降解或只有少部分降解。构，不被微生物降解或只有少部分降解。难降解物质包括杀虫难降解物质包括杀虫剂、塑料等：剂、塑料等：化合物中有不正常的基团或取代物（氯或卤素化合物中有不正常的基团或取代物（氯或卤素等）；化学物有特殊化学健或分子过大等。等）；化学物有特殊化学健或分子过大等。矿化作用矿化作用 有机分子被完全降解成无机物如有机分子被完全降解成无机物如CO2、H2O 等等。生物放大作用生物放大作用：有些污染物抗微生物分解和具有亲脂作用，污：有些污染物抗微生物分解和具有亲脂作用，污染物进入细胞累积在脂类中，使其浓度高出环境染物进入细胞累积在脂类中，使其浓度高出环境13个数量级个数量级，并进一步被浓缩在下一个营养水平细胞中，最终在鸟、鱼和哺乳并进一步被浓缩在下一个营养水平细胞中，最终在鸟、鱼和哺乳动物中进一步累积，使其浓度超过环境的动物中进一步累积，使其浓度超过环境的46个数量级以上。个数量级以上。Ch7 数据库保护数据库保护农药的生物放大试验农药的生物放大试验Ch7 数据库保护数据库保护可生物降解和难以降解化合物结构比较可生物降解和难以降解化合物结构比较Ch7 数据库保护数据库保护 有机氯农药的残留时间有机氯农药的残留时间农药农药 半衰期半衰期氯氯2-42-4年年DDTDDT3-103-10年年狄氏剂狄氏剂1-71-7年年七氯七氯7-127-12年年毒杀芬毒杀芬1010年年Alexander,1977Alexander,1977Ch7 数据库保护数据库保护多底物共代谢多底物共代谢：当微生物利用某种物质生长时，同时附带对另一种物当微生物利用某种物质生长时，同时附带对另一种物质进行代谢转化。共代谢物质并不参与组成生命有机体，质进行代谢转化。共代谢物质并不参与组成生命有机体，生命体也没有从它的代谢转化过程中获取能量。生命体也没有从它的代谢转化过程中获取能量。Ch7 数据库保护数据库保护Peeudomonas sp.利用环己胺共代谢生长利用环己胺共代谢生长Ch7 数据库保护数据库保护二、二、有机物好氧与厌氧分解下产物比较有机物好氧与厌氧分解下产物比较 PH3有机磷化物等有机磷化物等 PO43-P H2S硫化物等硫化物等 SO42-S氨基酸氨基酸 N2、NO2 氨基酸氨基酸 NH3、胺胺NH3 NO2 NO3 N H2O H ROOH(有机酸）有机酸）CH4、CO2 CO2碳酸盐碳酸盐 C 厌氧分解厌氧分解 好氧分解好氧分解有机物有机物 元素元素Ch7 数据库保护数据库保护1 1、有机物的、有机物的好氧生物分解好氧生物分解好氧生物处理好氧生物处理模式：模式：例：废水中有机物例：废水中有机物+O+O2 2+好氧微生物等好氧微生物等 COCO2 2、H H2 2O O、NONO3 3、SOSO4 42-2-、POPO4 4 3-3-+能能合成合成呼吸呼吸微生物细胞生长微生物细胞生长Ch7 数据库保护数据库保护 1）有机物好氧生物处理的耗氧量有机物好氧生物处理的耗氧量氧气需要氧气需要 有机物氧化：有机物氧化：C Cx xH Hy yO O2 2+(x+1/4 y+(x+1/4 y1/2 z)O1/2 z)O2 2 xCO xCO2 2+1/2 yH+1/2 yH2 2O+O+能量能量细胞物质合成：细胞物质合成：n(Cn(Cx xH Hy yO O2 2)+NH)+NH3 3+(nx+1/4+(nx+1/4 ny ny1/2nz1/2nz5)O5)O2 2 C C5 5H H7 7NONO2 2+(nx+(nx5)CO5)CO2 2+1/2(ny+1/2(ny4)H4)H2 2O+O+能能细胞内物质的氧化细胞内物质的氧化:C C5 5H H7 7NONO2 2+5O+5O2 2 5CO 5CO2 2+2H+2H2 2O+NHO+NH3 3+能能有机物的氧化与自身生长有机物的氧化与自身生长自身氧化自身氧化 Ch7 数据库保护数据库保护需氧量计算公式：需氧量计算公式：O O2 2a aLr+bLr+bSaSa a a：去除单位：去除单位BODBOD5 5所需氧量（所需氧量（Kg/KgKg/Kg）LrLr：有机物量（：有机物量（Kg/dKg/d）b b：微生物自身氧化需氧率微生物自身氧化需氧率(1/d(1/d）SaSa：微生物重量（：微生物重量（KgKg）Ch7 数据库保护数据库保护 几种工业废水的几种工业废水的aa、bb值值 废废 水水 a a b b 石油化工废水石油化工废水 0.75 0.75 0.160 0.160 含酚废水含酚废水 0.56 0.56 合成纤维废水合成纤维废水 0.55 0.55 0.142 0.142 漂染废水漂染废水 0.5 0.50.60.6 0.065 0.065 炼油废水炼油废水 0.50 0.50 0.120 0.120 酿造废水酿造废水 0.44 0.44 制药废水制药废水 0.35 0.35 0.354 0.354亚硫酸浆粕废水亚硫酸浆粕废水 0.40 0.40 0.185 0.185 制浆造纸废水制浆造纸废水 0.38 0.38 0.092 0.092Ch7 数据库保护数据库保护废水生物处理的供氧问题，在工厂废水处理设计时，废水生物处理的供氧问题，在工厂废水处理设计时，要估计工厂废水的有机物浓度，废水量等，从而选择要估计工厂废水的有机物浓度，废水量等，从而选择鼓风系统或曝气装置的动力大小。鼓风系统或曝气装置的动力大小。一般情况下，好氧生物处理需氧量：一般情况下，好氧生物处理需氧量：以氧化以氧化BODBOD5 5物质数量的物质数量的0.50.51.41.4倍。倍。设计通常以设计通常以氧化氧化1Kg BOD1Kg BOD5 5物质需氧量物质需氧量1Kg1Kg氧量计算氧量计算.Ch7 数据库保护数据库保护2 2）微生物细胞增长量问题微生物细胞增长量问题公式：公式：S SaLraLrbSabSa 细胞物质增长量细胞物质增长量(kg)(kg)细胞合成物质的总量细胞内源呼细胞合成物质的总量细胞内源呼 吸耗去的细胞物质量。吸耗去的细胞物质量。S S：新生长的细胞物质（：新生长的细胞物质（Kg/dKg/d）a a：合成系数，：合成系数，LrLr：有机物（：有机物（Kg/dKg/d）b b：微生物自身氧化系数微生物自身氧化系数(1/d(1/d）SaSa：微生物重量（：微生物重量（KgKg）Ch7 数据库保护数据库保护 几种工业废水的几种工业废水的a a、b b值值 废废 水水 a a b b 合成纤维废水合成纤维废水 0.38 0.38 0.10 0.10 亚硫酸盐废水亚硫酸盐废水 0.55 0.55 0.13 0.13 含酚废水含酚废水 0.70 0.70纸浆和造纸废水纸浆和造纸废水 0.76 0.76 0.065 0.065 制药废水制药废水 0.77 0.77 酿造废水酿造废水 0.93 0.93Ch7 数据库保护数据库保护 a a、b b选择依据：选择依据：污泥龄长，污泥龄长，a a取小值，取小值，b b取大值取大值 污泥龄短，污泥龄短，a a取大值，取大值，b b取小值取小值为什么？为什么？Ch7 数据库保护数据库保护 例题例题:某某瀑气池容积瀑气池容积340m340m3 3,进水进水BODBOD5 5200mg/L,200mg/L,进水流量进水流量150m150m3 3/h,/h,出水出水BODBOD5 5为为20 mg/L20 mg/L，池底污泥浓度为，池底污泥浓度为4mg/L4mg/L（挥发性占（挥发性占7575），计算剩余污泥量。），计算剩余污泥量。解：细胞增长量解：细胞增长量(Kg)(Kg)：S SaLraLrbSabSa LrLr(有机物有机物)(200-20)15024/1000(200-20)15024/1000 =648(kg/d)=648(kg/d)Sa Sa(细胞量）细胞量）4754753403401020 kg1020 kg 选选a a、b b值进行计算值进行计算 S S，并求得剩余污泥量。，并求得剩余污泥量。Ch7 数据库保护数据库保护好氧生物处理特点好氧生物处理特点范围：适用处理溶解和胶质的有机物。范围：适用处理溶解和胶质的有机物。优点：优点：水质好（无机化高、无臭气），时水质好（无机化高、无臭气），时间短，速度快，去除率高（间短，速度快，去除率高（80809090）缺点：缺点：污泥在缺氧下易腐化；污泥在缺氧下易腐化；对高浓度有机废水去除效果不佳；对高浓度有机废水去除效果不佳；耗能（每去除耗能（每去除1Kg BOD1Kg BOD，耗电，耗电1.01.0度）。度）。Ch7 数据库保护数据库保护2 2、有机物的、有机物的厌氧生物分解厌氧生物分解有机物厌氧微生物包括兼性微生物有机物厌氧微生物包括兼性微生物合成细胞质合成细胞质 分解产生醇、分解产生醇、H2S、胺、胺、有机酸有机酸、NH3能能 无无氧氧甲烷细菌甲烷细菌合成细胞质合成细胞质 分解产生分解产生CO2、CH4能能Ch7 数据库保护数据库保护厌氧生物处理厌氧生物处理沼气发酵沼气发酵第一阶段第一阶段:水解与分解水解与分解 淀粉淀粉 糖；糖；蛋白质蛋白质 氨基酸氨基酸第二阶段：产酸发酵阶段第二阶段：产酸发酵阶段 兼性微生物兼性微生物（多为革兰氏染色阴性细菌）代（多为革兰氏染色阴性细菌）代谢产生有机酸、谢产生有机酸、醇、醇、COCO2 2、NHNH3 3 、H H2 2S S等。等。pHpH下下降降6 6 5.05.0以下，称为酸性发酵阶段。以下，称为酸性发酵阶段。Ch7 数据库保护数据库保护第三阶段第三阶段：碱性发酵阶段碱性发酵阶段 由甲烷细菌完成。甲烷细菌分解有机酸、醇由甲烷细菌完成。甲烷细菌分解有机酸、醇等生成等生成COCO2 2 与与CHCH4 4，由于有机酸被利用，由于有机酸被利用，pHpH上升上升为为6.86.87.27.2。厌氧发酵产物厌氧发酵产物沼气中，沼气中，CHCH4 4 占占50507575，COCO2 2 占占20203030，还有，还有N N2 2、NHNH3 3、H H2 2S S等。等。其中：其中：7272来自于乙酸等中间物的分解；来自于乙酸等中间物的分解；2828来自于氢的氧化和来自于氢的氧化和COCO2 2的还原。的还原。Ch7 数据库保护数据库保护n沼气中的主要成分是甲烷，含沼气中的主要成分是甲烷，含量量5075%5075%之间，是一种很好的之间，是一种很好的燃料。燃料。以日排以日排COD10tCOD10t的工厂为的工厂为例，若例，若CODCOD去除率为去除率为80%80%，甲烷，甲烷产量为理论的产量为理论的80%80%时，则可日产时，则可日产甲烷甲烷2240m2240m3 3,其热值相当于其热值相当于3.85t3.85t原煤，可发电原煤，可发电54005400度电。度电。Ch7 数据库保护数据库保护甲烷细菌与甲烷发酵甲烷细菌与甲烷发酵 甲烷细菌：严格专性厌氧菌。温度多为甲烷细菌：严格专性厌氧菌。温度多为（25254040o oC)C)，也有高温型（，也有高温型（50506060o oC)C)。甲烷发酵对甲烷发酵对 pHpH敏感，若有机酸太多，会敏感，若有机酸太多，会造成造成pHpH下降，抑制甲烷下降，抑制甲烷 细菌代谢。细菌代谢。Ch7 数据库保护数据库保护厌氧生物处理的特点厌氧生物处理的特点范围：适用于有机污泥与高浓度废水。范围：适用于有机污泥与高浓度废水。优点：优点：产生的甲烷气体可回收作燃料，产生的甲烷气体可回收作燃料，不耗能。不耗能。缺点：时间长，无机化程度差，产物中缺点：时间长，无机化程度差，产物中的的H H2 2S S 有臭气，并能与有臭气，并能与铁等重金属形成颜色，铁等重金属形成颜色，使水变黑；使水变黑；容器设施大。容器设施大。Ch7 数据库保护数据库保护2 含碳含碳(不含氮）有机物分解不含氮）有机物分解 淀粉淀粉 糊精糊精 麦芽糖麦芽糖 葡萄糖葡萄糖 复习葡萄糖代谢途径的问题？复习葡萄糖代谢途径的问题？Ch7 数据库保护数据库保护Ch7 数据库保护数据库保护油脂的分解与转化油脂的分解与转化 脂肪由甘油与脂肪酸组成。脂肪由甘油与脂肪酸组成。有些细菌、霉有些细菌、霉菌等水解脂肪生成菌等水解脂肪生成 甘油与脂肪酸。甘油与脂肪酸。甘油代谢：甘油代谢：有氧：有氧：甘油甘油 丙酮丙酮 氧化成乙酰辅酶氧化成乙酰辅酶A A 进入进入TCATCA循环循环 无氧：无氧：代谢产生简单的酸、酮等。代谢产生简单的酸、酮等。Ch7 数据库保护数据库保护 脂肪酸分解过程脂肪酸分解过程有氧有氧:-氧化（每次氧化生成乙酸，后转化成氧化（每次氧化生成乙酸，后转化成乙酰辅酶乙酰辅酶A A）进入）进入TCATCA循环，产物为循环，产物为COCO2 2、H H2 2O O。无氧无氧:分解成简单的酸、分解成简单的酸、COCO2 2、CHCH4 4等。等。Ch7 数据库保护数据库保护 芳香族化合物（带苯环衍生物）转化芳香族化合物（带苯环衍生物）转化 酚酚 打开环成链状含碳物质打开环成链状含碳物质 后进行有氧代谢或无氧代谢后进行有氧代谢或无氧代谢烃类化合物（烃类化合物（烷烃、烯烃、炔烃）转化烷烃、烯烃、炔烃）转化 烷烃：有氧下烷烃：有氧下氧化成脂肪酸氧化成脂肪酸 -氧化，氧化，生成生成乙酸进入乙酸进入 TCA TCA 循环。循环。无氧下无氧下生成有机酸、生成有机酸、COCO2 2、CHCH4 4Ch7 数据库保护数据库保护洗涤剂排放的害处洗涤剂排放的害处 在废水处理与天然水体中形成大量泡沫；在废水处理与天然水体中形成大量泡沫；洗涤剂中表面活性剂成分易被细菌等微生物洗涤剂中表面活性剂成分易被细菌等微生物降解，对环境污染较小，但降解，对环境污染较小，但非表面活性剂部分非表面活性剂部分如聚磷酸盐在水里聚集，使藻类大量繁殖引起如聚磷酸盐在水里聚集，使藻类大量繁殖引起水体富营养化。水体富营养化。表面活性剂对细菌等有一定的杀菌作用。表面活性剂对细菌等有一定的杀菌作用。阴离子洗涤剂，对环境污染较为严重。阴离子洗涤剂，对环境污染较为严重。Ch7 数据库保护数据库保护 碳循环碳循环 （Carbon cycleCarbon cycle）Ch7 数据库保护数据库保护l碳循环碳循环 自然界碳存在自然界碳存在4 4种形式：种形式：周转快且量大的大气周转快且量大的大气COCO2 2，溶解形式的，溶解形式的COCO2,2,，有，有机碳（活的或死的有机体）；部分处于惰性状机碳（活的或死的有机体）；部分处于惰性状态的碳（碳酸盐岩和矿物燃料如煤，石油，天态的碳（碳酸盐岩和矿物燃料如煤，石油，天然气等）。然气等）。碳循环以二氧化碳为中心展开。大气碳循环以二氧化碳为中心展开。大气COCO2 2 处于不处于不断的消耗与补充之中。大气断的消耗与补充之中。大气COCO2 2含量为含量为0.032%,0.032%,其其储存量约为储存量约为60006000亿吨，而全球植物光合作用每亿吨，而全球植物光合作用每年耗年耗COCO2 2约约600600700700亿吨。亿吨。微生物在碳循环中发挥重要作用。微生物在碳循环中发挥重要作用。Ch7 数据库保护数据库保护3 含氮有机物的分解含氮有机物的分解蛋白质分解：蛋白质分解：蛋白质蛋白质 蛋白胨蛋白胨 多肽多肽 氨基酸氨基酸 氨基酸转化氨基酸转化 脱氨：氧化、还原、水解三种形式脱氨：氧化、还原、水解三种形式 脱羧：脱羧：厌氧下，氨基酸脱羧厌氧下，氨基酸脱羧 ，生成，生成胺类胺类如如赖氨酸、鸟氨酸在腐败菌作用下脱羧，生成尸赖氨酸、鸟氨酸在腐败菌作用下脱羧，生成尸胺、腐胺有毒性与臭气物质。胺、腐胺有毒性与臭气物质。Ch7 数据库保护数据库保护1.1.脱氨基作用脱氨基作用氧化脱氨基作用氧化脱氨基作用Ch7 数据库保护数据库保护亚氨基酸亚氨基酸氨基酸氧化酶氨基酸氧化酶 2H-酮酸酮酸+H2O+NH3氨基酸氨基酸（特点：有氨生成）（特点：有氨生成）Ch7 数据库保护数据库保护 氨基酸脱酰胺作用氨基酸脱酰胺作用(NH(NH3 3)+NH3+NH3CH2-CONH2CH2-CHNH3+COO-+H2OCH2-COO-CH2-CHNH3+COO-谷氨酰胺酶谷氨酰胺酶CH2-CONH2CHNH3+COO-+H2O天冬酰胺酶天冬酰胺酶CH2-COO-CHNH3+COO-上述两种酶广泛存在于微生物、动物、植物中，有相当高上述两种酶广泛存在于微生物、动物、植物中，有相当高的的专一性专一性。Ch7 数据库保护数据库保护2.2.脱脱 羧羧 基基 作作 用用AA胺类化合物胺类化合物脱羧酶脱羧酶（辅酶为磷酸吡哆醛）（辅酶为磷酸吡哆醛）-R2-O=C醛亚胺醛亚胺 R2 R2+H R1 COOH H-C-NH2-H-+AA胺类化合物胺类化合物脱羧酶脱羧酶（辅酶为磷酸吡哆醛）（辅酶为磷酸吡哆醛）磷酸吡哆醛磷酸吡哆醛 R1 COOH H-C-N=C-H R2+H2O R1 HCO2H2O-H-O=C H-C-N=C-H-R1 H-C-NH2-专一性强专一性强Ch7 数据库保护数据库保护 氨的转化氨的转化 有氧下：有氧下：NHNH3 3 NO NO2 2 NONO3 3 无氧下：无氧下：NHNH3 3不分解不分解氨化作用：氨化作用：有机氮化合物在细菌等微生物有机氮化合物在细菌等微生物 （好氧菌、兼性菌及厌氧菌）作（好氧菌、兼性菌及厌氧菌）作 用下，转化成氨态氮的过程。用下，转化成氨态氮的过程。硝化作用：硝化作用：在有氧情况下，硝化细菌将氨在有氧情况下，硝化细菌将氨 转化为硝酸盐的过程转化为硝酸盐的过程Ch7 数据库保护数据库保护反硝化作用：反硝化作用：反硝化细菌在无氧条件下把形反硝化细菌在无氧条件下把形成的硝酸盐还原成成的硝酸盐还原成NONO2 2 或或N N2 2。反硝化作用的害处及应用：反硝化作用的害处及应用：污水中污水中N N2 2上升，污泥上浮，影响水体沉淀。上升，污泥上浮，影响水体沉淀。但在污水处理中如硝酸盐太高直接排放，使但在污水处理中如硝酸盐太高直接排放，使水体产生富营养化。因此，反硝化可用于废水水体产生富营养化。因此，反硝化可用于废水处理的处理的生物脱氮生物脱氮特殊处理。特殊处理。Ch7 数据库保护数据库保护 尿素的转化尿素的转化（人畜尿中含氮有机物）（人畜尿中含氮有机物）COCO（NHNH2 2）2 2 （NHNH4 4）2 2COCO3 3 NHNH3 3 COCO2 2 H H2 2O O 氨的硝化（有氧）氨的硝化（有氧）有机腈和无机氰，如有机腈和无机氰，如CHCH2 2CHCH2 2CNCN和和HCNHCN等。分解过程等。分解过程中都产生中都产生NHNH3 3。后进行有氧下硝化作用，无氧下产生后进行有氧下硝化作用，无氧下产生简单酸、简单酸、NHNH3 3等物质。等物质。Ch7 数据库保护数据库保护氮循环（氮循环（Nitrogen cycleNitrogen cycle）Ch7 数据库保护数据库保护氮循环氮循环Ch7 数据库保护数据库保护 4 无机元素转化（无机元素转化（S S、P P、FeFe）Ch7 数据库保护数据库保护硫（硫（Sulfur cycleSulfur cycle）Ch7 数据库保护数据库保护 硫循环硫循环Ch7 数据库保护数据库保护 硫循环的生态意义硫循环的生态意义 有利：硫在自然界中是一种有利：硫在自然界中是一种很丰富很丰富的元素。的元素。氧化氧化过程产生大量硫酸过程产生大量硫酸，使土壤，使土壤不溶性的磷酸盐和其不溶性的磷酸盐和其他无机物得到缓解他无机物得到缓解，微生物和植物生长有利。，微生物和植物生长有利。有害：细菌浸矿产生大量酸水，矿物燃烧产生酸有害：细菌浸矿产生大量酸水，矿物燃烧产生酸雨，使环境污染，并可腐蚀建筑生态系统遭到破雨，使环境污染，并可腐蚀建筑生态系统遭到破坏（一些生物灭绝，生态系统的生产力下降）；坏（一些生物灭绝，生态系统的生产力下降）；水体反硫化作用引起管道腐蚀，造成处理水污泥水体反硫化作用引起管道腐蚀，造成处理水污泥上浮等不良现象。上浮等不良现象。Ch7 数据库保护数据库保护硫化作用：硫化作用：有氧下，硫磺细菌、硫化细菌把有氧下，硫磺细菌、硫化细菌把 H H2 2S S氧化成硫或硫酸盐的过程。氧化成硫或硫酸盐的过程。硫磺细菌：硫磺细菌：无色硫磺细菌、紫色硫磺细菌当无色硫磺细菌、紫色硫磺细菌当环境环境H H2 2S S丰富时，丰富时，氧化氧化H H2 2S S在细胞内储藏硫粒；在细胞内储藏硫粒；环境中环境中H H2 2S S少时将细胞内硫粒氧化成硫酸，排少时将细胞内硫粒氧化成硫酸，排除体外。除体外。硫化细菌：硫化细菌：如排硫杆菌、氧化硫杆菌等氧化如排硫杆菌、氧化硫杆菌等氧化H H2 2S S或含硫物质或含硫物质生成硫酸，硫等，直接排出体生成硫酸，硫等，直接排出体外。外。Ch7 数据库保护数据库保护反硫化作用：厌氧下反硫化作用：厌氧下反硫化细菌把硫酸盐还反硫化细菌把硫酸盐还原成原成H H2 2S S的过程。的过程。反硫化作用害处：反硫化作用害处：H H2 2S S对生物有害；与重金属对生物有害；与重金属形成黑色沉淀；形成黑色沉淀；如在混凝土沟渠中发生，产生硫酸腐蚀管如在混凝土沟渠中发生，产生硫酸腐蚀管道。因此，沟渠管道建造要有适当的坡度，以道。因此，沟渠管道建造要有适当的坡度，以防止积水发生厌氧的反硫化作用。防止积水发生厌氧的反硫化作用。Ch7 数据库保护数据库保护磷的转化磷的转化 自然界中自然界中磷不丰富。磷不丰富。存在方式：存在方式：有机磷、无机磷（可溶与不溶）有机磷、无机磷（可溶与不溶），还原态磷（，还原态磷（PHPH3 3）,磷灰石磷灰石 。但有些磷还与但有些磷还与CaCa、MgMg、FeFe形成沉淀，利用受到限制。形成沉淀，利用受到限制。Ch7 数据库保护数据库保护 含磷有机物质的转化（含磷有机物质的转化（有氧有氧）：）：有氧有氧 ：有机磷化物有机磷化物 H H3 3POPO4 4 磷酸盐磷酸盐（可溶性、不溶性）（可溶性、不溶性）不溶性磷酸盐在酸性中转化成可溶性。不溶性磷酸盐在酸性中转化成可溶性。CaCa3 3(PO(PO4 4)2 2+2H+2H2 2SOSO4 4 Ca(H Ca(H2 2POPO4 4)2 2+2CaSO+2CaSO4 4 磷酸盐还原作用（厌氧下）磷酸盐还原作用（厌氧下）H H3 3POPO4 4 H H3 3POPO3 3 H H3 3POPO2 2 PH PH3 3 （挥发性，挥发性，与与O O2 2接触发光，光绿色接触发光，光绿色）Ch7 数据库保护数据库保护磷循环磷循环 海洋与沉积泥海洋与沉积泥中大量磷酸盐只进行缓慢的循中大量磷酸盐只进行缓慢的循环；环；土壤、水体土壤、水体中数量不多的可溶性磷，以及中数量不多的可溶性磷，以及活活体与无生命有机磷体与无生命有机磷可活跃循环。可活跃循环。磷化石如磷石灰惰性大，大部分开采过程被磷化石如磷石灰惰性大，大部分开采过程被排放到海洋沉泥中。排放到海洋沉泥中。过量磷造成水体富营养化。过量磷造成水体富营养化。Ch7 数据库保护数据库保护铁的转化铁的转化 自然界：无机铁自然界：无机铁(Fe(Fe2 2、FeFe3 3）与）与 有机铁。有机铁。无机亚铁化物在铁细菌作用下生成高价铁，无机亚铁化物在铁细菌作用下生成高价铁，FeCOFeCO3 3+O+O2 2+6H+6H2 2O 4Fe(OH)O 4Fe(OH)3 3 +4CO+4CO2 2+热热 复习铁细菌这个生化反应的功害。复习铁细菌这个生化反应的功害。铁细菌铁细菌Ch7 数据库保护数据库保护髙铁化物的还原、溶解与转化髙铁化物的还原、溶解与转化 高价铁化物溶解：高价铁化物溶解：微生物产生的酸溶解高铁物质微生物产生的酸溶解高铁物质 Fe(OH)Fe(OH)3 3 Fe Fe 2 2（亚铁化合物）（亚铁化合物）动植物、微生物吸收动植物、微生物吸收 形成有机铁化形成有机铁化合物合物无机酸无机酸有机酸有机酸Ch7 数据库保护数据库保护 思考思考：物质转化中硝化、硫化与铁细菌物质转化中硝化、硫化与铁细菌属于哪类型微生物？这类微生物对自然属于哪类型微生物？这类微生物对自然界物质循环有何重要意义？界物质循环有何重要意义？Ch7 数据库保护数据库保护 第九章第九章 污水生物处理系统中的污水生物处理系统中的 主要微生物主要微生物Ch7 数据库保护数据库保护废水生物处理的原理废水生物处理的原理废水生物处理目标废水生物处理目标废水生物处理的模式及微生物类群废水生物处理的模式及微生物类群Ch7 数据库保护数据库保护 原理原理：废水中的有机物作为微生物的营养物而被除去。废水中的有机物作为微生物的营养物而被除去。目标目标：降低以降低以BODBOD、CODCOD为单位的有机物浓度；为单位的有机物浓度；尽可能减少污泥数量；尽可能减少污泥数量；并减少水体并减少水体N N、P P浓度。浓度。Ch7 数据库保护数据库保护好氧生物处理法及微生物类群好氧生物处理法及微生物类群 活性污泥法活性污泥法 生物膜（生物转盘、生物滤池）生物膜（生物转盘、生物滤池）氧化塘法氧化塘法Ch7 数据库保护数据库保护 活性污泥法：活性污泥法：由好氧及兼性微生物与水中有机、由好氧及兼性微生物与水中有机、无机的固体物混凝交织在一起所形成絮绒性的结无机的固体物混凝交织在一起所形成絮绒性的结构。绒粒子大小为构。绒粒子大小为0.02-0.2mm.0.02-0.2mm.特点特点：含水率含水率9999；主要功能微生物为菌主要功能微生物为菌 胶团细菌；还有胶团细菌；还有藻类，原生动物等；藻类，原生动物等；微生物状态：微生物状态：因瀑气呈因瀑气呈悬浮状存在悬浮状存在，并处于激烈，并处于激烈的运动中的运动中。Ch7 数据库保护数据库保护活性污泥中重要微生物活性污泥中重要微生物菌胶团细菌：其数量、大小及结构是水质处理的关键要菌胶团细菌：其数量、大小及结构是水质处理的关键要素。细菌多为革兰氏阴性菌。素。细菌多为革兰氏阴性菌。其他微生物：其他微生物：在菌胶团上生长有在菌胶团上生长有原生动物、后生动物、原生动物、后生动物、真菌、藻类等。原生动物的类群与数量会发生变化。真菌、藻类等。原生动物的类群与数量会发生变化。活性污泥处理，观察菌胶团、原生动物为重要环节。活性污泥处理，观察菌胶团、原生动物为重要环节。Ch7 数据库保护数据库保护菌胶团作用：菌胶团作用：P227Ch7 数据库保护数据库保护活性污泥绒粒中微生物之间关系活性污泥绒粒中微生物之间关系食物链关系食物链关系降解有机物就像接力赛降解有机物就像接力赛 如如吸附有机物；吸附有机物；水解性细菌水解大分子为小分子，溶水解性细菌水解大分子为小分子，溶解的有机物被细菌吸收利用；中间产物被另一类细菌吸收解的有机物被细菌吸收利用；中间产物被另一类细菌吸收到代谢无机化；其他微生物则吸收吞食未分解彻底的有机到代谢无机化；其他微生物则吸收吞食未分解彻底的有机物等。物等。Ch7 数据库保护数据库保护活性污泥处理中常见的问题活性污泥处理中常见的问题不絮凝或微小絮体：不絮凝或微小絮体：絮体结构不稳定、破碎或过度絮体结构不稳定、破碎或过度瀑气的剪切作用、或大型原生动物较多等造成；瀑气的剪切作用、或大型原生动物较多等造成；起泡起泡 ：洗涤剂、反硝化造成或丝状细菌等洗涤剂、反硝化造成或丝状细菌等 ；污泥膨胀：污泥膨胀：丝状细菌，还有霉菌、放线菌、游离型丝状细菌，还有霉菌、放线菌、游离型菌胶团（粘性膨胀），还有芽孢杆菌等。菌胶团（粘性膨胀），还有芽孢杆菌等。Ch7 数据库保护数据库保护 活性污泥瀑气池活性污泥瀑气池：有正常的活性污泥和污泥膨胀有正常的活性污泥和污泥膨胀。正常的活性污泥：优势菌为菌胶团，辅以少量丝状细正常的活性污泥：优势菌为菌胶团，辅以少量丝状细 菌、大量纤毛虫等。菌、大量纤毛虫等。膨胀的活性污泥：由丝状细菌引起和非丝状细菌。膨胀的活性污泥：由丝状细菌引起和非丝状细菌。解决活性污泥丝状膨胀对策：解决活性污泥丝状膨胀对策：根本要解决引起丝根本要解决引起丝 状菌过度生长的环境因子状菌过度生长的环境因子：如溶解氧、有机负荷等。如溶解氧、有机负荷等。还有为解决活性污泥的膨胀，将瀑气池中改为生物接还有为解决活性污泥的膨胀，将瀑气池中改为生物接 触氧化法、以及改进工艺等。触氧化法、以及改进工艺等。Ch7 数据库保护数据库保护原生动物出现顺序：由低级向高级演化原生动物出现顺序：由低级向高级演化P228.Ch7 数据库保护数据库保护 生物膜好氧生物膜好氧生物处理法生物处理法 生物膜生物膜：由好氧及兼性微生物粘附在由好氧及兼性微生物粘附在生物滤池生物滤池的滤料上或粘附在生物转盘片的滤料上或粘附在生物转盘片上的上的一层带粘性的、一层带粘性的、薄膜状的微生物混合群体。薄膜状的微生物混合群体。Ch7 数据库保护数据库保护生物填料：生物填料：悬浮型生物填料悬浮型生物填料Ch7 数据库保护数据库保护悬挂型填料悬挂型填料 弹性立体填料弹性立体填料 网片式立体填料网片式立体填料Ch7 数据库保护数据库保护软性填料软性填料生物填料上的生物膜Ch7 数据库保护数据库保护普通生物滤池普通生物滤池生物转盘生物转盘Ch7 数据库保护数据库保护 生物膜重要微生物生物膜重要微生物 普通滤池的普通滤池的生物膜厚度约生物膜厚度约23mm。如。如BOD负荷大，负荷大，水力小，膜增厚。这样膜中间呈厌氧状态。如水流大膜水力小，膜增厚。这样膜中间呈厌氧状态。如水流大膜就会脱落。生物膜中微生物的分布是不均匀的。就会脱落。生物膜中微生物的分布是不均匀的。以菌胶团细菌为主，还有球衣细菌、藻类、原生动物以菌胶团细菌为主，还有球衣细菌、藻类、原生动物等。等。如水从上而下流生物膜微生物分上、中、下三层。如水从上而下流生物膜微生物分上、中、下三层。上层营养浓度髙，上层营养浓度髙，有细菌，少数鞭毛虫等；中下层多有细菌，少数鞭毛虫等；中下层多为低分子物质，有细菌，藻类与原生动物等为低分子物质，有细菌，藻类与原生动物等。Ch7 数据库保护数据库保护好氧生物膜的培养好氧生物膜的培养 自然挂膜法自然挂膜法 ：用泵流将带有自然菌种的工业废水通入空的塔式：用泵流将带有自然菌种的工业废水通入空的塔式生物滤池或其它滤池，不断循环生物滤池或其它滤池，不断循环3 37d;7d;滤料上微生物由少变多逐滤料上微生物由少变多逐渐形成生物膜。渐形成生物膜。活性污泥挂膜法：活性污泥挂膜法：取处理生活污水或处理工业废水的活性污泥取处理生活污水或处理工业废水的活性污泥作菌种，用本厂污水与之混合后用泵打入生物滤池作菌种，用本厂污水与之混合后用泵打入生物滤池中使其形成生物膜。中使其形成生物膜。优势菌种挂膜法优势菌种挂膜法：或从自然界或废水处理中分离获得，或采用：或从自然界或废水处理中分离获得，或采用遗传育种手段筛选获得；或采用基因工程构建的超级细菌等。培养遗传育种手段筛选获得；或采用基因工程构建的超级细菌等。培养特殊功能菌，将对某种工业废水或物质具有特殊降解能力的菌株培特殊功能菌，将对某种工业废水或物质具有特殊降解能力的菌株培养后进行挂膜。养后进行挂膜。Ch7 数据库保护数据库保护氧化塘法特殊的活性污泥法氧化塘法特殊的活性污泥法 氧化塘是接近自然的生态系统。氧化塘是接近自然的生态系统。主要微生物：主要微生物：藻类、细菌。藻类、细菌。利用其相互关系进行处理。利用其相互关系进行处理。Ch7 数据库保护数据库保护生物处理法对污水水质的要求生物处理法对污水水质的要求 Ch7 数据库保护数据库保护 水生植物的水质净化作用及其应用水生植物的水质净化作用及其应用 水生植物是水生生态系统（特别对浅水体）的重要组成水生植物是水生生态系统（特别对浅水体）的重要组成部分。具有维持水生生态系统健康、控制水体富营养化，部分。具有维持水生生态系统健康、控制水体富营养化，改善水环境作用。改善水环境作用。促进悬浮物质的沉降促进悬浮物质的沉降：由于茂密的植被具有抑制风浪：由于茂密的植被具有抑制风浪和减少缓水流的功能，由此可促进水中悬浮物的沉降。和减少缓水流的功能，由此可促进水中悬浮物的沉降。吸收分解污染物吸收分解污染物：对氮磷吸收，对重金属的吸收；对有：对氮磷吸收，对重金属的吸收；对有机物吸收，如吸收农药等。机物吸收，如吸收农药等。抑制藻类生长抑制藻类生长：由于大型水生植物和浮游藻类同为水体：由于大型水生植物和浮游藻类同为水体初级生产者，相互之间具有竞争抑制的特点；释放抑藻物初级生产者，相互之间具有竞争抑制的特点；释放抑藻物质。质。Ch7 数据库保护数据库保护水处理与水体修复生态工程技术水处理与水体修复生态工程技术 2020世纪世纪7070年代开始，逐渐研究与发展了以大型水生植物为主体的年代开始，逐渐研究与发展了以大型水生植物为主体的水处理和水体修复技术。水处理和水体修复技术。漂浮植物体系漂浮植物体系：在氧化塘基础上发展而来。氧化塘因藻类过多导：在氧化塘基础上发展而来。氧化塘因藻类过多导致出水总悬浮固体物和生物量不能达到要求。致出水总悬浮固体物和生物量不能达到要求。研究发现引入浮游植研究发现引入浮游植物如凤眼莲，可快速生长导致污染物降低浓物如凤眼莲，可快速生长导致污染物降低浓度，还有度，还有浮萍植物浮萍植物正被正被越来越多选用。越来越多选用。挺水植物系统挺水植物系统：人工筛选堆填的基地上有：人工筛选堆填的基地上有选择地栽种挺水植物选择地栽种挺水植物而成，而成，称为人工湿地（表面型和潜流型）称为人工湿地（表面型和潜流型）沉水植物系统沉水植物系统：水体中的沉水植物可用于污染水体及富营养化浅：水体中的沉水植物可用于污染水体及富营养化浅水湖泊的治理。水湖泊的治理。